SU1788208A1 - Пakephoe уctpoйctbo - Google Patents

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения ствола скважины.

Известно большое количество пакеров с якорями гидравлического действия, например, якорь-ЯП, состоящий из корпуса, в окна которого вставлены плашки. Пружина удерживает плашки в утопленном положении. Пружины ограничивают ход плашек в радиальном направлении и крепятся на корпусе при помощи винтов. Заякоривание осуществляется в результате подачи давления в колонну труб.

Пакеры гидравлического действия с верхним якорем и гидравлические якори, применяемые вместе со шлипсовой опорой на эксплуатационную колонну, препятствуют перемещению скважинного оборудования под воздействием давления, направленного как сверху, так и снизу. Однако промысловая практика показывает, что при использовании таких гидравлических устройств при проведении различных технологических операций в скважине (на- 25 гнетание различных флюидов, гидроразрыв или гидрокислзтный разрыв пласта) при скачкообразном возрастании давления происходит подброс пахера, так как якорь не успевает срабатывать, и пакер снимается с бпо'ры.

Известно пакерное устройство, близкое по технической сущности и принятое за прототип, содержащее расположенные на стволе узел управления, шлипсовую опору, герметизирующий элемент, якорь, состоящий из корпуса в виде конуса с плашками.

. Недостатком известного пакерного устройства является то, что удерживающая способность якоря ограничена и определяется исходной нагрузкой, создаваемой на него при запакеровке.

Целью изобретения является повыше5 ние надежности работы, облегчение процесса установки и извлечения пакерного? устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в пакерном устройстве, включающем полый 10 ствол с опорной ступенью и кольцевым выступом на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент со шлипсовым узлом, размещенные надуп лотнительным элементом плашки с синхрэ15 низатором их перемещения, связанным срезным элементом со стволом, конус, установленный на стволе с возможностью взаимодействия с его опорной ступенью, обойму, установленные в обойме с возмож20 ностью взаимодействия с плашками клинья, связанные срезными элементами с конусом и установленную под обоймой концентрично относительно ствола втулку, согласно изобретению, втулка связана срезным элементом с кольцевым выступом ствола, установлена относительно ствола с возможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцом с уплотнительным элементом, а верхним торцом - с 30 нижним торцом обоймы, обойма связана срезным элементом со стволом и выполнена с вилкообразными выступами, клинья и ко• нус размещены между выступами обоймы, а сопряженные с клинья ии боковые поверх35 ности выступов обоймы в верхней части на; клонены к продольной оси обоймы и образуют с наружной поверхностью клиньев' пазы типа ласточкин хвост, при этом конус связан срезным элементом с корпусом, а его верхний торец совпадает с верхними торцами выступов обоймы.

На фиг.1 изображено предлагаемое пакерное устройство в разрезе в транспортном положении при спуске в скважину: на фиг.2 - то же, в рабочем положении; на фиг.З - то же, в транспортном положении при извлечении из скважины; на фиг.4 поперечный разрез узла расклинивания плашек: на фиг.5 - изометрическое изображение опорного конуса (два варианта исполнения якоря пакерного устройства с шестью плашками): на фиг.6 - изометрическое изображение клина: на фиг.7 - изометрическое изображение обоймы; на фиг.8 изометрическое изображение клина.

Пакерное устройство состоит из ствола 1 с проходным каналом 2, кольцевым выступом 3 и опорной ступенью 4. На стволе 1 расположены узел управления 5, шлипсовый узел 6. уплотнительный элемент 7 и якорь 8.

Втулка 9 установлена под якорем 8 концентрично относительно ствола 1, с врзможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцом 10 с шайбой 11 уплотнительного элемента 7, связана срезным элементом 12 с кольцевым выступом 3 ствола 1.

Верхний торец 13 втулки 9 при этом свободен, а в рабочем положении выполнен с возможностью взаимодействия с нижним торцом обоймы.

Якорь 8 состоит из плашек 14 с боковыми поверхностями типа ласточкин хвост, узла расклинивания плашек 15 и синхронизатора перемещения плашек 16. Узел расклинивания плашек 15 выполнен составным и включает обойму 17, клинья 18, опорный конус 19.

Обойма 17 представляет собой втулку с цилиндрической поверхностью 20, с проходным отверстием 21, внутренней конической полостью 22 и с вилкообразными; выступами 23.

Обойма 17, выполненная с вилкообраз-, ными выступами 23, имеет поверхности 24, 25, 26. причем боковые поверхности 24, в· каждом образующемся между вилкообраз-, ными выступами 23 окне, попарно параллельны между собой и параллельны продольной оси обоймы 17 и переходят в верхней части окон 23 в поверхности 25, наклоненные к продольной оси обоймы 17: под углом а , равным, например, 7-8°. Поверхности 26 перпендикулярны к продоль-; ной оси обоймы 17. В нижней части обоймы ' 17 имеются углубления с наклонными поверхностями 27, наклоненными к продоль ной оси обоймы 17 под углом β , равным, например, 10-12°'

Внутренняя коническая полость 22 обоймы 17 выполнена с конусностью, например, 1:5 и ограничена коническими поверхностями 28.

Верхняя часть обоймы 17 ограничена верхними торцевыми поверхностями 29. В нижней части обоймы 17 имеются кольцевая ступень 30 и кольцевая канавка 31.

Клин 18 представляет собой клиновидную деталь в виде прямоугольника в сечении с верхней острой кромкой 32 и нижней торцовой поверхностью 33, расположенными под углом 90° к наружной цилиндрической поверхности 34. Боковые поверхности 35 клина 18 параллельны между собой и параллельны образующей наружной цилиндрической поверхности 34. Основание 36 клина 18 (фиг.6) выполнено под углом β к образующей наружной цилиндрической поверхности 34. Поверхности 37 и 38 клиновидной части клина 18, сходящиеся у верхней острой кромки 32, наклонены к образующей наружной цилиндрической поверхности 34 под углами а и/соответственно. Угол равен, например, 7-8°' На наружной цилиндрической поверхности 34 клина 18 имеется канавка 39.

Опорный конус 19 выполнен в виде усеченного конуса с конусностью, например, 1:5, с конической поверхностью 40, проходным отверстием 41, с верхним основанием 42 и нижним основанием 43. Опорный конус 19 имеет равномерно расположенные боковые плоскости 44, наклоненные под углом у к продольной оси.

Узел расклинивания плашек 15 собран следующим образом.

В окнах между вилкообразными выступами 23 обоймы 17 установлены клинья 18. При этом боковые поверхности 35 клиньев 18 сопряжены с боковыми поверхностями 24 окон обоймы 17, основание 36 клиньев 18 опирается на наклонные поверхности 27, . нижние торцовые поверхности 33 клиньев 18 упираются в поверхности 26, верхние острые кромки 32 клиньев 18 совпадают с верхними торцовыми поверхностями 29 обоймы 17. Цилиндрические поверхности 34 клиньев 18 совпадают с цилиндрической поверхностью 20 обоймы 17, канавки 39 клиньев 18 совпадают с кольцевой канавкой 31 обоймы 17.

Таким образом, поверхности 37 вместе с поверхностями 25 образуют на якоре 8 наклонные пазы типа ласточкин хвост с углом наклона а . Канавки 39 и 31 образуют сплошную кольцевую канавку.

Внутрь обоймы 17 вставлен опорный конус 19 таким образом, что коническая поверхность 40 совпадает с коническими поверхностями 28. верхнее основание 42 опорного конуса 19 совпадает с верхними торцовыми поверхностями 29 обоймы 17 и верхними острыми кромками 32 клиньев 19. При этом поверхности 38 клиньев 18 опираются на боковые плоскости 44 опорного конуса 19. В кольцевую канавку, образованную канавками 39 и 31, установлена кольцевая пружина 45, предохраняющая клинья 18 от выпадания наружу и обеспечивающая фиксацию клиньев 18. Клинья 18 с опорным конусом 19 и обойма 17 прикреплены к стволу 1 срезными элементами 46 и 47 соответственно. Таким образом, собранный из обоймы 17, клиньев 18 и опорного конуса 19 узел расклинивания плашек 15 представляет собой цельную систему и надет на ствол 1 проходными отверстиями 21 обоймы 17 и 41 опорного конуса 19 таким образом, что нижнее основание 43 обоймы 17 опирается на опорную ступень 4 ствола 1.

Якорь 8 пакерного устройства собран таким образом, что в направляющих пазах типа ласточкин хвост узла расклинивания плашек 15 установлены плашки 14, Т-образные конЦы которых находятся в соответствующих пазах¹ синхронизатора перемещения плашек 16, который при помощи срезных элементов 48 прикреплен к муфте 49. Муфта 49 соединяет ствол 1 пакерного устройства и последнюю трубу колонны насосно-компрессорных труб.

. Пакерное устройство работает следующим образом.

В собранном виде (фиг.1) пакерное устройство спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб. При достижении пакерным устройством требуемого места установки манипулированием колонной насосно-компрессорных груб включается в работу узел управления 5, например, поворотного действия (фиг,2). При дальнейшем опускании колонны насосно-компресссрных труб включается в работу шлипсовый узел 6, шлипсы кс-торого. передвигаясь в наклонных пазах, упираются во внутреннюю поверхность обсадной грубы. Таким образом осуществляется опора пакерного устройства на обсадную колонну. Шлипсовый узел 6 становится неподвижным, также становятся неподвижными уплотнительный элемент 7, шайба 11 и втулка 9. Нагрузкой от веса НКТ срезаются винты 12, ствол 1 вместе с якорем 8 продолжает спускаться относительно неподвижного шлипсового узла 6, уплотнителеного элемента 7 и втулки

9. При этом кольцевой выступ 3 доходит до шайбы 11, лежащей на уплотнительном элементе 7, одновременно с тем, когда кольцевая ступень 30 якоря 8 доходит до верхнего торца 13 втулки 9.

Далее ствол 1 давит кольцевым выступом 3 на шайбу 11, сжимающую уплотнительный элемент 7, состоящий, например, из втулок из фторопласта 4. Уплотнительный элемент 7 под действием веса колонны НКТ сжимается, увеличиваясь в диаметре, и перекрывает кольцевое пространство, происходит запакеровка.

Одновременно с началом взаимодействия кольцевого выступа 3 с шайбой 11 начинается взаимодействие втулки 9 с якорем 8 через посредство кольцевой ступени 30. При этом после срезания винтов 47 узел расклинивания плашек 15, собранный из обоймы 17, клиньев 18 иопорного конуса 19. включается в ранее ставшей неподвижной систему. При дальнейшем опускании ствола 1 плашки 14 передвигаются в наклонных пазах типа ласточкин хзост узла расклинивания плашек 15 и упираются во внутреннюю поверхность обсадной трубы. Теперь разгрузка веса колонны НКТ передается уже на плашки 14, что приводит к посадке якоря 8. При этом разгрузка от веса НКТ передается на плашки 14 только до момента срезки винтов 49, и усилие посадки якоря 8 определяется механическими свойствами материалов винта 49. Это усилие впоследствии остается неизменным.

Таким образом, производится опора на шлипсы, запакеровка и якорение пакерного устройства весом колонны насосно-компрессорных труб. Нагрузка эта является постоянной.

При создании под пакерным устройством давления нагнетания, превышающего давление от веса колонны НКТ, происходит следующее. Сила, развиваемая давлением нагнетания, действует на уплотнительный элемент 7 и, уменьшенная на величину силы трения уплотнителей о внутреннюю поверх. ность обсадных труб и вес НКТ, передается через посредство втулки 9 якорю 8, имеющему некоторую свободу осевого перемещения относительно ствола 1, При этом усилие заякоривания не уменьшается, а наоборот возрастает пропорционально передаваемой на якорь 8 силе. Нагрузка от веса НКТ продолжает полностью передаваться на уплотнительный элемент 7, обеспечивая герметичность пакеровки. Клинья 18 все сильнее заклиниваются относительно внедрившихся в обсадную колонну плашек 14, тем самым все сильнее внедряя зубья последних во внутреннюю поверхность обсад9 ной трубы, то есть увеличение выталкивающего усилия ведет к возрастанию удерживающей силы якоря 8. j

Извлечение пакерного устройства производится следующим образом. Срыв пакерного устройства происходит при простом поднятии колонны НКТ. При движении вверх ствола 1 относительно неподвижной системы остальных узлов пакерного устройства (фиг.З) опорная ступень 4 на стволе 1 после срезки винтов 46 приподнимает конус 19 и выводит его из-под шарнирно закрепленных клиньев 18, которые, опадая внутрь обоймы 17, освобождают от заклинивания плашки 14. Плашки 14 выходят из зацепления с обсадной колонной.

При дальнейшем поднятии НКТ верхнее основание 42 конуса 19, нижнее основание 43 которого взаимодействует с опорной ступенью 4, воздействует на синхронизатор перемещения плашек 16, который тянет вверх плашки 14 за их верхние Т-образные концы. Обойма 17 и клинья 18 падают на кольцевой выступ 3 ствола 1. Таким образом, пакерное устройство освобождается от заякоривания.

В процессе освобождения от заякоривания обычным образом разжимается уплотнительный элемент 7 и освобождается ' шлипсовый узел 6, чем пакерное устройство приводится в положение, позволяющее извлечь его на поверхность.

Таким образом, конструкция пакерного устройства позволяет производить его опору на шлипсы, запакеровку и якорение весом колонны насосно-компрессорных труб, которым создается постоянная нагрузка на уплотнительный элемент 7, Размещение между уплотнительным элементом 7 и якорем 8, установленным на стволе 1 с обеспечением некоторой свободы осевого перемещения относительно ствола 1, втулки 9, позволяет обеспечить новое свойство пакерного устройства: когда сила давления под пакерным устройством превышает усилие от веса НКТ, сила перепада давления на уплотнительный элемент 7 через посредство втулки 9 воздействует на якорь 8, причем чем больше выталкивающее усилие, тем .сильнее внедряются зубья плашек 14 якоря 8 в обсадную колонну, т.е. тем выше удерживающая способность якоря 8.

Выполнение узла расклинивания плашек 15 составным, включающим обойму 17 и опорный конус 19 со встречной наклону пазов якоря 8 конусностью, имеющий плоскости 44, на которые опираются шарнирно закрепленные клинья 18, позволяет, кроме обеспечения вышеописанного нового свойства пакерного устройства, легко извлекать пакерное устройство из скважины простым поднятием колонны насосно-компрессорных труб.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении надежности его работы по сравнению с прототипом, чем обеспечивается увеличение межремонтного периода эксплуатации скважин.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Пакерное устройство, включающее полый ствол с опорной ступенью.и кольцевым выступом на наружной поверхности, уста- Г. новленные на стволе уплотнительный элемент со шлипсовым узлом, размещённые над уплотнительным элементом плашки с синхронизатором их перемещения, связанным срезным элементом со стволом, конус, установленный на стволе с возможностью взаимодействия с его опорной ступенью, обойму, установленные в обойме с возможностью взаимодействия с плашками клинья, связанные срезными элементами с конусом, и установленную под обоймой концентрично относительно корпуса втулку, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе, облегчения процесса установки и извлечения пакерного устройства, втулка связана срезным элементом с кольцевым выступом ствола, установлена относительно ствола с возможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцом с уплотнительным элементом и верхним торцом - с нижним торцом обоймы, обойма связана срезным элементом со стволом и выполнена с вилкообразными выступами, клинья и конус размещены между выступами обоймы, а сопряженные с клиньями боковые поверхности выступов обоймы в верхней части наклонены к продольной оси обоймы и образуют с наружной поверхностью клиньев пазы типа ласточкина хвоста, при этом конус связан срезным элементом с корпусом, а его верхний торец совпадает с верхними торцами выступов обоймы.

   фиг.2

   Фиг!

   Фиг?